Neue Immunzellen im Gehirn entdeckt: Was sie über Alzheimer verraten
Forschende haben im Gehirn von Alzheimer-Erkrankten eine bislang unbekannte Immunzellpopulation entdeckt. Eine neue Mikroskopietechnik zeigt erstmals, wo diese Zellen sitzen.
Im Gehirn von Alzheimer-Erkrankten entdeckten Forschende eine bislang unbekannte Population von Immunzellen (grün) rund um krankhafte Proteinablagerungen (weiß).
Foto: Sanchez-Molina, Rosmus, Brownell et al., Nature Neuroscience 2026.
Das menschliche Gehirn funktioniert wie eine präzise organisierte Großstadt, in der jede Zelle mit ihrer Umgebung kommuniziert. Alzheimer bringt dieses System aus dem Gleichgewicht: Nervenzellen sterben ab und zwischen ihnen lagern sich schädliche Proteinreste ab, die im gesunden Zustand abgebaut werden würden. Zurück bleiben gestörte Kommunikationswege und spezielle Immunzellen, die gezielt auf die Schadstellen reagieren.
Diese bislang unbekannte Gruppe von Immunzellen im Hirngewebe wurde nun bei Alzheimer-Erkrankten identifiziert. Forschende des Instituts für Anatomie der Universität Leipzig haben diese mithilfe einer neu entwickelten Mikroskopie-Technologie entdeckt, die erstmals speziell für das menschliche Gehirn optimiert wurde.
Inhaltsverzeichnis
Warum die Zellumgebung entscheidend ist
Alzheimer ist hauptsächlich durch die Interaktion zweier Komponenten gekennzeichnet: die verschiedenen Gehirnzellen und die pathologischen Proteinablagerungen, sogenannte Amyloid-β-Plaques. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollten diesem Zusammenhang auf den Grund gehen. Besonderer Fokus war dabei das Verhalten bestimmter Immunzellen des Gehirns – insbesondere Mikroglia und Makrophagen.
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Neues Mikroskopieverfahren ermöglicht Detailaufnahmen
Bisherige Analysemethoden von Einzelzellen, wie beispielsweise scRNA-seq erforderten die Auflösung des Gewebes. Dadurch gingen jedoch wichtige räumliche Informationen über die Zellinteraktionen verloren. Herkömmliche räumliche Bildgebungsmethoden wiederum scheiterten oft an der hohen Eigenfluoreszenz (Autofluoreszenz) von gealtertem menschlichem Gehirngewebe.
Die Leipziger Forschenden sowie eine Arbeitsgruppe der Oregon Health and Science University in Portland (USA) haben eine Möglichkeit entwickelt, diese Lücke zu schließen: CODEX-CNS.
CODEX-CNS – Wie das Verfahren funktioniert
- Forschende bereiten zunächst konservierte Gehirngewebeproben so auf, dass die enthaltenen Zellen und Proteine sichtbar gemacht werden können.
- Anschließend entfernen sie die störende Eigenfluoreszenz des alten Gewebes (FFPE-Gewebeschnitte), die mikroskopische Aufnahmen sonst überdecken würden.
- Danach markieren sie gleichzeitig die vielen verschiedenen Zelltypen des Gehirngewebes und krankhaften Proteinablagerungen mit speziellen Farbstoffen.
- Ein automatisiertes Mikroskop fotografiert das Gewebe dann Schritt für Schritt immer wieder neu, bis alle Markierungen erfasst sind.
Durch die Kombination von Proteinprofilen, Zellform und der Beziehung zu umliegenden Zellen lassen sich Zellpopulationen identifizieren, die mit herkömmlichen Methoden oft übersehen werden. So können 32 verschiedene Proteine gleichzeitig auf Einzelzellebene in einem einzigen Gewebeschnitt sichtbar gemacht werden. Die Forschenden können dadurch eine präzise räumliche Karte des Gehirns erstellen.
Studie an menschlichem Hirngewebe
Mithilfe dieser räumlich auflösenden Einzelzellanalyse konnten die Forschenden in der Studie erstmalig Mikrogliazellen im menschlichen Gehirn auf Proteinebene charakterisieren.
Dazu profilierten die Wissenschaftler über 700.000 einzelne Zellen aus dem frontalen Kortex von 8 Alzheimer-Patienten und 8 gesunden Kontrollpersonen. Sie analysierten dabei nicht nur die Art der Zellen, sondern auch deren spezifische Form (Morphologie), ihre Proteinexpression und vor allem, mit welchen anderen Zellen oder pathologischen Strukturen sie in direkter räumlicher Nachbarschaft interagieren.
„Bei der Hirngewebe-Analyse von Körperspendern identifizierten wir eine bislang unbekannte Zellpopulation, die eng mit bestimmten Eiweißablagerungen im Gewebe verknüpft ist und im Alzheimergehirn deutlich häufiger vorkommt. Zudem zeigen unsere Ergebnisse, dass Mikrogliazellen im Alzheimergehirn unterschiedliche, spezialisierte Zustände annehmen“, erklärt Dennis-Dominik Rosmus, einer der drei Erstautoren und Wissenschaftler am Institut für Anatomie der Universität Leipzig.
Neue Einblicke in Mechanismen, die Alzheimer zugrunde liegen
Die aktuelle Studie eröffnet neue Einblicke in die biologischen Mechanismen, die Alzheimer zugrunde liegen. So haben sie eine neue, krankheitsspezifische Mikroglia-Subpopulation entdeckt, die sie HPAM nennen (Human Plaque-Associated Microglia).
- Spezifische Lokalisierung: Diese Zellen sammeln sich fast ausschließlich in unmittelbarer Nähe von sehr dichten Amyloid-β-Plaques an.
- Einzigartige Signatur: HPAMs weisen eine besondere Kombination von Proteinen auf. Diese Signatur deutet auf eine hohe Aktivität von Phagozyten und Antigenen hin.
- Bedeutung der Nachbarschaft: Die Forscher betonen, dass diese spezielle Zellpopulation durch herkömmliche Analysen, die nur auf isolierten Proteindaten basieren, nicht zu erkennen gewesen wäre. Erst der Einbezug der direkten zellulären Mikroumgebung machte die Identifizierung möglich.
Mögliche Anwendung auch für andere Neurokrankheiten
Die Erkenntnisse aus der Studie geben ein besseres Verständnis davon, wie die Immunzellen des Gehirns auf Ablagerungen und Zellschäden reagieren. Dies kann in Zukunft zur Entwicklung gezielter Therapien beitragen.
Die Forschungsgruppe plant, die CODEX-CNS-Methode weiterzuentwickeln und auf andere neurologische Erkrankungen anzuwenden. Eine zentrale Herausforderung künftiger Studien wird es sein, die identifizierten Zellpopulationen auch im lebenden Menschen nachzuweisen, etwa mithilfe nuklearmedizinischer Bildgebungsverfahren.
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